Шпренгельный ригель: как работает и чем отличается от ферм

Шпренгельный ригель лежит в основе почти всех типовых решений на стальном каркасе. Здесь — как эта схема работает, чем отличается от стропильных ферм, с которыми её сравнивают, и на каких пролётах выбор перестаёт быть очевидным.

Статья написана для проектировщиков и для тех, кто проверяет чужой проект. Типовые узлы и расчёты отдаём — что для этого нужно.

Что такое шпренгель

Шпренгельная система — конструкция, в которой к элементу, способному работать самостоятельно, добавлены вспомогательные элементы. Их задача не нести нагрузку вместо основного элемента, а разгрузить его: уменьшить изгибающий момент, снизить прогиб, повысить общую жёсткость. Вспомогательная часть и называется шпренгелем.

Практическое следствие простое: при равном пролёте шпренгельный ригель легче сплошностенчатой балки, потому что часть работы уходит с изгиба на растяжение и сжатие в стержнях.

Как ведёт себя такой ригель

У классической фермы пояса работают преимущественно на осевые усилия. У шпренгельного ригеля покрытия в верхнем поясе возникает значительный изгибающий момент — и это определяет выбор сечения: пояс делают из профиля, развитого в плоскости изгиба, то есть из двутавра.

Обратная сторона решения — чувствительность к неравномерным нагрузкам. Изгибающий момент в поясе распределяется неравномерно, поэтому односторонний снеговой мешок и местные нагрузки от подвесного оборудования требуют отдельной проверки. Это не запрет, а требование считать нагрузки на конкретный объект, а не по аналогии.

Малый уклон: 2–3 %

Верхний пояс — прокатный двутавр, решётка — парные уголки, подвес — круглый прокат. Затяжка выполняется из парных уголков либо из швеллеров.

Уклон в 2–3 % на работу конструкции влияет мало: форма потери устойчивости и распределение усилий практически те же, что у ригеля с горизонтальным верхним поясом, — расчётная схема считается эквивалентной.

Узлы решётки между собой и с поясами — болтовые. В коньке сопряжение верхнего пояса жёсткое. В середине пролёта ставится подвес — тяж из прутка, ограничивающий провисание нижнего пояса. В типовых узлах применяются болты М24 в опорном узле и М20 в соединениях решётки; нижний пояс стыкуется накладками на болтах.

Средний уклон: 12 %

Набор элементов и узлы в целом те же, меняется геометрия: уклон верхнего пояса растёт до 12 %. Именно здесь появляется выигрыш по металлу.

По отраслевым данным, крутоуклонный вариант легче малоуклонного (до 3 %) примерно на 20 % при пролёте 18 м и на 30–35 % при пролёте 24 м. Наибольшую эффективность крутоуклонный ригель с затяжкой даёт на пролётах до 24 м.

Цифры экономии — ориентир для разговора о конструктиве. Для конкретного объекта разница считается на свои нагрузки: снеговой район, шаг рам и наличие подвесного оборудования меняют результат.

Альтернатива: фермы типа «Молодечно»

Стропильные фермы этого типа давно применяются в СНГ и названы по городу Молодечно в Минской области, где их начали выпускать. Выпускались по серии 1.460.3-14 1982 года, позже заменённой серией 1.460.3-23.98 2000 года.

Конструкция: двускатные стропильные фермы с уклоном верхнего пояса 10 %, горизонтальным нижним поясом и равномерной треугольной решёткой с нисходящими опорными раскосами. Пролёты 18, 24 и 30 м. Монтажные соединения фланцевые, элементы решётки крепятся к поясам без фасонок.

Важно. Слабое место этих ферм — узлы. Стержни, как правило, имеют заметный запас прочности, а узлы его не имеют. При проверке чужого проекта на таких фермах смотреть надо именно на узлы, а не на подбор сечений.

Где шпренгельный ригель выигрывает

Перевозка. Доля транспорта в стоимости стропильных конструкций велика. Фермы приходят крупногабаритными отправочными марками, шпренгельный ригель — стержнями. Стержни плотнее укладываются в машину, и доставка с завода на площадку обходится ощутимо дешевле.

Изготовление и монтаж. Фланцевые монтажные соединения требуют подготовки поверхности на производстве — это трудозатраты. В шпренгельных ригелях нижние пояса и затяжки стыкуются на накладках: дешевле в изготовлении и проще на площадке.

Марка стали. Шпренгельная схема позволяет уже на пролётах 18 и 24 м применять сталь С390, снижая массу конструкций и итоговую стоимость.

Чем перекрывать какой пролёт

Диапазоны перекрываются, и на 18–24 м таблица выбор не делает. Между шпренгельной фермой, рамной конструкцией и фермой из труб решает расчёт на конкретные нагрузки и сравнение стоимости с учётом доставки. Таблица годится, чтобы отсечь заведомо неподходящее, и не годится, чтобы принять решение.

---

Что дальше. Нормы, на которые опирается расчёт каркаса, собраны в статье «Нормативная база и сертификация».

Проектируете объект и нужны типовые узлы и расчёты — напишите. Отдадим, без обязательства строить у нас. Что входит в наше проектирование — отдельной страницей.